新工科视域下工程案例课程教学模式的研究★

王贵禄，陈燕菲，于丽颖

(1.贵阳信息科技学院土木工程系,贵州 贵阳 550025; 2.贵阳市花溪区英语实验学校,贵州 贵阳 550025)

0 引言

教学模式是从教学的整体出发,根据教学的规律原则提炼出的教学活动的基本程序或框架,具有典型性、稳定性特征[1-2]。科技产业革命使得教育面临新的挑战,促使教育工作者采用新的教学思想和理论,培养支撑行业转型升级的专业人才。创新驱动快速推动建筑企业转型升级,创新驱动实质上是人才驱动,土木工程“新工科”面向新型建筑工业化、智能建造与建筑工业化协同发展培养人才,教学改革的重要方向是增强学生的工程素养与职业核心能力。随着土木建筑新材料、新技术、新工艺不断推陈出新,教材与教学模式受时间、空间等条件局限问题凸显,为此高校需加强和当地住房与城乡建设厅、土木工程学会、建筑力学学会、工程造价协会、房地产协会等政府及学术团体联系,应聚焦政府、企业等多主体教学资源。尤其是要加大产教深层次融合,专业人才培养目标从“学科导向”转为“以产业需求为导向”,按照行业转型升级人才业务规格培养新工科人才[3]。

1 土木工程专业教学背景

当前,中国建筑业进入了存量竞争的新常态,建筑产业对土木工程毕业生从以前的单纯技术型逐渐转向技术、经营、管理复合型;本科人才的业务规格更加注重工程素养和职业核心能力。为此,现行《高等学校土木工程本科专业指南》强调了在教学的各个环节中要努力尝试“基于问题、基于项目、基于案例”的研究型学习方式[4]。大学生从踏入校园的入学教育直至完成毕业设计,学生工程素养和实践能力形成迭代呈现四个层次:第一层次是工程项目认知与专业基础能力形成阶段。学生通过入学教育、土木工程概论、土木工程制图、土木工程材料、理论力学、材料力学与结构力学、工程经济学、工程地质、测量学、房屋建筑学等专业基础课程学习;金工实习、认识实习、测量实习、土木工程材料实验、房屋建筑学课程设计实践等对工程项目具备了基本认知和专业基础能力。第二层次是工程项目熟悉与专业能力形成阶段。学生学习了混凝土结构设计原理、砌体结构、钢结构、高层建筑结构、组合结构设计、基础工程、土木工程施工与组织、工程计量与计价、建筑设备、项目管理等专业课程,在教师指导下独立完成了钢筋混凝土结构课程设计、钢结构课程设计、基础工程课程设计、工程计量与计价课程设计;完成了工程地质实习、生产实习等实践教学环节,专业知识框架已基本搭建,专业能力已初步具备。第三层次是工程实践创新能力形成阶段。学生根据自己的爱好进入实验室,进入校级、省级与国家级科研平台、进入大学生科技创新实践基地与产学研协作实践教学基地,完成综合性设计性实验,完成大学生科研项目,或主动争取参加教师的科研项目研究,或参与职业技能考证,强化职业资格。第四层次是工程应用能力形成阶段。学生最后一年或半年深入相关企业进行毕业实习和毕业设计,独立完成一个完整工程项目的建筑、结构与预算内容[4]。

2 课程工程案例理论模型建构

2.1 工程案例贯穿课程体系

为培养学生大工程观,增强学生工程素养与实践能力,教学实施中可将工程建设工程项目全寿命周期(如图1所示)案例全套设计文件(项目前期可行性研究报告、建筑工种图形、结构工种计算书与图形、设备工种图形、施工组织设计文件)引入到土木工程专业基础课程、专业核心课程、专业方向课程、专业实习课程体系教学中。

2.2 《房屋建筑学》课程工程案例教学模式

房屋建筑学课程涵盖建筑空间组合与建筑构造两大板块,主要阐述了民用与工业建筑设计的基本原理和方法,房屋构造组成、构造原理和构造设计方法,体现了建筑设计从总体到细部,从平面到空间的全过程。基于增强建筑设计原理与构造的有机联系,加深学生对完整工程项目设计全过程的熟悉,课程教学中,以区域优质项目图形文件案例作为教学辅助主线,创新构建课程工程案例教学模式(如图2所示),以项目为驱动,为学生创设真实的“工程场景”教学环境。

3 课程教学实施

3.1 《房屋建筑学》课程教学改革理念

房屋建筑学课程在教学改革实践中秉承OBE教育理念,明确提出课程教学能力高阶目标(如表1所示),将工程思维与设计思维的培养深度嵌入课程体系,以工程案例图形语言为载体,授课模式实现了以教师为中心的单向灌输模式向以学生为中心的互动教学模式转变,促进了学生以学习知识为本向解决实际工程问题能力为本的转变。

表1 房屋建筑学课程能力目标

3.2 工程案例引入课堂与课外实践

3.2.1 《房屋建筑学》课程教学过程

课前:教师将“中天未来方舟”“黔源大厦”“茅台国际商务中心”等贵州省区域优质项目全套图形文件上传至“超星学习通”。学生在线学习微课或阅读教师推荐的文献资料。课中:教师讲解“核心”内容,以项目为载体,师生共同完成疑点、重难点解析,协作探究,教师引导学生开展讨论,讨论内容为某项目设计理念与立面造型创意或平面空间组合或构造组成、构造原理、构造设计等真实的工程“问题”。课后:学生阅读教师推荐的文献图形资料或开展“第二课堂”。案例辅助教学将课程理论教学与实践由课内延伸至课外,延伸项目施工现场。 教学实施中采用“以学生为中心”的互动教学模式,教师将课程知识、能力与素质目标落到实处。

3.2.2 工程案例教学示例

特色的超级城市综合体项目“中天未来方舟”(如图3所示)是全国生态智能建筑试点楼盘,全国首个清洁能源低碳节能示范居住区,总建筑面积720万m2。墙体构造章节教师课前介绍:建筑围护结构的节能设计原理,上传未来方舟某组团总平面图、建筑设计总说明、平面图、立面与剖面图、部分构造细部大样图,提出墙体构造章节学习能力培养高阶问题之一:中国建筑节能设计气候分为严寒地区A区、严寒地区B区、寒冷地区、夏热冬冷地区与夏热冬暖地区,针对夏热冬冷的“贵阳”地区,墙体构造设计是优选抹灰型外保温(如图4所示),还是龙骨内填型外墙内保温(如图5所示)。课中教师引导学生掌握建筑单体节能设计与构造难点,熟悉现行的墙体保温节能的国家与地方规范标准。高阶问题之二:门厅应结合功能和立面造型综合设计,教师给出某梯间式住宅单元设计基本素材,请学生选择图6(a)或图6(b),阐述理由。

4 结语

2023年7月,高等学校土木工程专业指导分委会推出了TML-TMGC-081001—2023高等学校土木工程本科专业指南,旨在全面推动土木工程专业内涵式发展,突出专业的时代特征,面向新型城镇化、智慧城市、“双碳”目标等国家战略,适应土木工程行业新工科人才培养需求,聚焦国家一流专业、一流课程建设,落实专业教学质量国家标准和衔接工程教育专业认证的质量保障标准[5]。区域优秀的工程项目具有创新的设计理念、先进的施工工艺与工法,专业教学中优选高校所在区域典型混合结构、框架结构、排架结构、钢结构、组合结构成套图形设计文件,将典型案例作为教学辅助主线,工程案例嵌入课程课堂教学与课外实践,通过工程项目将课程体系有机衔接起来。教学实施中,教师课前提出课程的高阶知识能力目标,同时将精心准备的工程案例辅助教学资料放在网络平台上,学生可先行预习,熟悉图形文件,思考知识点与教学内容;课堂教学中教师针对性引导学生完成高阶性知识点突破[6-7];课后可到案例现场延伸学习。课程教学中采用基于案例的讨论式学习和基于项目的探究式与研究性学习的方式。达到最终在掌握理论知识的基础上创造性地进行构造设计、建筑设计,培养了学生工程思维、工程素养与实践创新能力、初步的设计思维与能力。案例式教学模式创新体现了以学生为中心的教学理念,将培养学生工程素养与职业核心能力的目标落到实处。